Kako so astronomi odprli vesoljske tovarne za proizvodnjo zlata in jedrskega goriva
Kaj so gravitacijski valovi?
Kot smo že pisali, so gravitacijski valovi valovi vesolja in časa, ki nastanejo, ko se dve nadčloveški telesi začneta pospeševati drug poleg drugega. Predstavljajte si raztegnjeno platno, na katerega je vržena ena jeklena kroglica - platno bo rahlo potisnilo. Če zraven postavimo drugo kroglico, bo tudi potisnila platno. Toda če začnemo hitro premikati kroglice v spirali, bližje drug drugemu, potem se bodo "stisnjena" mesta začela prekrivati med seboj in tkanina bo šla v valovih. Nekaj podobnega se dogaja v vesolju.
Valovi strmo oslabijo z oddaljenostjo od vira. Iz tega sledi, da jih je na splošno zelo težko zaznati. Medsebojno pospeševanje dveh supermasivnih teles se pojavi šele pred združitvijo. In črne luknje se redko združijo. Nevtronske zvezde - še en kandidat za združitve in prevzeme - to lahko počnejo pogosteje, vendar so desetine krat lažji. To pomeni, da je tak dogodek mogoče videti le na veliko manjših razdaljah kot pri črnih luknjah.
Vsi okoli govorijo o gravitacijskih valovih in spajanju nevtronskih zvezd
Nevtronske zvezde - vesoljske tovarne zlata in urana
Promocijski video:
Poleg tega je opazovanje združitev takšnih zvezd izjemno pomembno. Astrofiziki že dolgo izračunajo, da se brez takšnega procesa slika okoliškega Vesolja "ne sestavi". Vzemite naš planet ali naš osončje - imamo razmeroma velike količine zlata, platine, iridija in urana. To je dobro za draguljarje in jedrske znanstvenike, vendar popolnoma nasprotuje vsem izračunom, kako naj se oblikujejo tako težki elementi. Zvezde, kot je Sonce, skoraj ne "proizvedejo" nič težjega od ogljika - njihova masa je premajhna, tlak v središču je tudi razmeroma nizek, zlitje jeder takšnih atomov v središču naše zvezde pa ne gre.
Obstajajo tudi supernove. So masivne zvezde, ki eksplodirajo na koncu življenja. Ne smejo pa dati preveč težkih elementov. Da bi dobili veliko urana ali zlata, je potrebno, da več prostih nevtronov "leti" v jedro lažjega atoma - in to zelo hitro, ker sicer jedro razpade, preden nabere potrebno število nevtronov, s katerimi lahko dolgo obstaja. In postopek rekrutiranja nevtronov v eksplozijah supernove (s-proces), kot bi imel srečo, je prepočasen.
Zato je bila predlagana hipoteza za tako imenovane r-procese oziroma hitro zbiranje nevtronov z atomskimi jedri. Težava je v tem, da potrebuje veliko prostih nevtronov okoli atomov. Najboljši kandidat za to je nevtronska zvezda. Njegov premer je običajno manjši od dolžine povprečnega ruskega mesta, vendar je njegova masa večja od mase Sonca. Zato je tu pošastna gostota snovi, gravitacijsko polje pa je 200 milijard krat močnejše od Zemlje in sedem milijard krat močnejše kot na površini Sonca.
Črne luknje se redko združijo
Iz takšne gravitacije se atomi "splošijo" med seboj, del nevtronov pa "leti" iz njih. Če dve nevtronski zvezdi trčita, se bodo atomska jedra pri velikem tlaku in temperaturi začela aktivno mešati z nevtroni. In prav to je potrebno za tvorbo zlata, platine, urana in drugega cezija. Verjame se, da je tako nastala približno polovica vseh elementov težjih od železa, ki nas obdaja. Da, da, poročni prstan na prstu nosi snov iz združitve para nevtronskih zvezd!
Gravitacijski valovi kot strelec. Teleskop kot kopač zlata
Bila je velika hipoteza, vendar je imela pomanjkljivost - nevtronske zvezde so zelo "temne". Ko je gravitacija 200 milijard močnejša od Zemljine, fotoni težko zapustijo površje. Praktično izumirajo, njihovo sevanje v vidnem območju ni zelo močno. Neutronske zvezde je težko opaziti na stotine svetlobnih let. In združitve se ne zgodijo tako pogosto, večina pa je precej daleč. Pred registracijo prvih gravitacijskih valov preteklo leto je bilo zelo težko najti sledi takega dogodka.
17. avgusta 2017 so astronomi zabeležili nihanja v vesolju in času, ki so trajala 100 sekund. Takoj so posumili, da se je to zgodilo, ko sta se približali dve nevtronski zvezdi in se združili. Prvič obstaja priložnost za dokazovanje starih hipotez!
Vendar gravitacijski valovi niso vsi. Da, val GW170817, ki ga je zabeležil ameriški detektor LIGO (zgrajen, mimogrede, po shemi, predlagani v ZSSR v petdesetih letih prejšnjega stoletja), je pokazal, da so se tokrat združila telesa 1,1-1,6 sončne mase. Kar je premalo za črne luknje. Toda po drugi strani je to ravno masni razpon, ki ga lahko imajo nevtronske zvezde. Kako pa razumeti, če so tam nastali zlato, uran in drugi elementi z nejasnim poreklom?
Za to so uporabili teleskope in spektrometre več kot 70 opazovalnic po vsem svetu. Videli so tako gama sevanje zaradi razpadanja težkih radioaktivnih elementov kot spektralne sledi cezija, telurja, platine, zlata in drugih elementov. Še pomembneje pa je, da so videli, kako kilonova bliska. To je ime za izbruh "tisoč novih" zvezd, ki je hkrati šibkejši od supernove. Do zdaj so jih videli le skozi teleskope. In čeprav so obstajali predlogi, da gre za združitev dveh nevtronskih zvezd, tega pred registracijo gravitacijskega vala GW170817 ni bilo mogoče preveriti.
Več zlata je potrebno, moj gospodar
Opazovanje sledi težkih kovin je dobro. Vendar bi bilo veliko bolje, da jih naredimo več, ne da bi bili omejeni na trenutno odkritje. Super je, da ima zdaj človeštvo LIGO in sposobnost nadaljnjega iskanja kilonove z uporabo gravitacijskih valov.
Bistvo je, da dokler ne razumemo pogostosti takšnih združitev, ne bo jasno, koliko težkih elementov je nastalo v nevtronskih zvezdah. Poleg tega je združitev nevaren dogodek. Ko en hipertenzivni objekt s premerom Perma pade na drugega, tvorbo težkih elementov spremlja močan utrip gama. Astronomi že dolgo postavljajo vprašanje, da takšen dogodek s svojim gama sevanjem lahko sterilizira Zemljo. Vsaj, če se zgodi zelo blizu in je naš planet "v fokusu" izbruha. Nekateri raziskovalci verjamejo, da se je to že zgodilo, zato je prišlo do množičnega izumrtja na planetu. Da bi razumeli, kako resna je grožnja in ali se je treba proti njej boriti, bi bilo dobro, da se najprej naučimo, kako pogosto izbruhnejo takšne morilske "tovarne zlata".
ALEXANDER BEREZIN